31、IoT测试工具与独立验证和确认的全面解析

IoT测试工具与独立验证和确认的全面解析

1. IoT测试工具概述

在物联网（IoT）测试领域，有众多类型的工具可供使用，这些工具涵盖了从质量评估到特定功能测试的各个方面。

1.1 各类测试工具

• 质量评估工具 ：包括对安全性、性能、安全性、可靠性等方面的评估。
• 安全工具 ：支持沙箱测试、网络嗅探、模糊测试、欺骗等。
• 硬件支持工具 ：包含模拟和仿真系统。
• 硬件测试工具 ：用于电子分析、接口和物理测试。
• 系统支持和分析工具 ：帮助对整个系统进行支持和分析。
• 测试报告工具 ：涵盖规划、风险、结果和问题等方面的报告。
• 数据可视化和展示工具 ：作为数据库系统的一部分，用于直观展示数据。
• 静态代码/模型分析工具 ：对代码和模型进行静态分析。
• 检查/同行评审支持工具 ：辅助检查和同行评审工作。
• 集成建模和规划工具 ：用于系统集成的建模和规划。
• 基于数学技术的工具 ：支持组合、统计或实验设计（DOE）。
• 边缘、云和用户实验室测试工具 ：模拟边缘/云环境进行测试。
• 团队和群体通信工具 ：方便团队成员之间的沟通。
• 安全测试工具 ：用于渗透测试、分析、破解和威胁测试。
• 人工智能和嵌入式物联网工具 ：结合人工智能技术进行测试。
• 额外的生命周期和项目管理工具 ：对项目的整个生命周期进行管理。

1.2 建模和需求管理工具

建模工具在物联网测试实验室中发挥着重要作用，具体功能如下：
- 实现测试过程自动化 ：通过闭环模拟、基于模型的测试（MBT）、关键字测试等方式。
- 生成物联网测试数据输入 ：可以生成随机或具有统计意义的输入，进行组合测试。
- 运行蒙特卡罗模拟 ：对代码进行数百次蒙特卡罗模拟，找出输入敏感性。
- 生成面向对象、数据驱动或结构化分析 ：为测试提供更全面的分析。
- 提供MBT输入以覆盖测试 ：确保测试的全面性。
- 生成和评估物联网输出 ：对物联网系统的输出进行评估。
- 基于功能进行物联网资格或验收测试 ：判断系统是否满足功能要求。
- 设计验证和确认的预言机 ：用于验证和确认系统的正确性。

1.3 自动化测试的重要性

物联网测试计划应在合适的地方引入自动化测试，自动化测试具有以下好处：
- 资源利用优化 ：更好地利用时间和金钱资源。
- 避免人为错误 ：在数百万次测试中避免传统测试中的人为失误。
- 支持敏捷测试 ：在从编码到系统验证的整个生命周期中支持敏捷测试。
- 快速执行更多测试 ：能够快速周转新测试，实现更快的回归测试。
- 基于模型驱动测试 ：使用模型驱动测试，并将其输入到自动化工具中。
- 结合关键字进行模拟和仿真 ：在硬件、软件和系统领域结合关键字进行模拟和仿真。

1.4 模拟测试工具

测试工具不仅仅指自动化测试执行工具，还包括任何有助于更好测试的工具，如捕获-回放工具或支持手动测试的检查表。推荐使用白盒和黑盒测试，结合静态代码分析等工具，这些方法和工具相互补充，能提高发现错误的可能性。许多物联网嵌入式项目可以从模型和数学分析中受益。

1.5 向自动化工具的演进

随着软件系统复杂性和规模的增加，测试执行自动化将成为必然趋势。物联网测试人员可能从手动测试开始，但并非所有阶段都适合手动测试。在项目测试规划中，测试人员需要考虑何时自动化测试是更好的选择。实现自动化测试成功的关键因素包括：
- 专业人员 ：测试团队需要有理解关键字和被测系统的熟练程序员和测试人员。
- 合理规划 ：管理层应分配适当的时间表来开发测试系统，并对人员进行培训。
- 资源支持 ：项目管理的各个层面都需要支持测试执行自动化工作。
- 硬件和软件集成 ：物联网硬件和软件工作需要与测试开发进行演进和集成。

测试团队应勇于尝试自动化测试，虽然可能会有失败，但也会有成功的经验。自动化测试只是物联网测试的一部分，仍然需要有思考能力的测试人员进行快速手动测试和工具使用。

1.6 AI工具在物联网测试中的应用

人工智能在物联网测试的许多方面将发挥重要作用。目前人工智能测试领域发展迅速，建议读者关注人工智能的发展，并在该领域进行深入研究。

2. 大型物联网系统的独立测试和IV&V

大型物联网系统通常由多个物联网设备、边缘层、中间层和中央处理组成，测试所有权问题较为复杂，因此独立测试和独立验证与确认（IV&V）显得尤为重要。

2.1 独立测试和IV&V的重要性

独立测试和IV&V并非毫无争议，NASA研究表明，如果实施和资金不足，其有效性较低。但IEEE 1012标准和实践经验表明，如果从用户和/或系统的角度进行软件测试，评估功能、性能、可用性、质量和可靠性，V&V/IV&V/测试是可以成功的。

IV&V应关注以下方面：
- 负面测试 ：以发现错误为目标。
- 正面质量评估 ：特别是对功能、性能和安全性等关键项目的评估。
- 全面审视 ：考虑软件、硬件、系统和操作的整体情况。

IV&V应涵盖所有级别的测试（从单元测试到整个系统软件资格测试），使用多种工具（模拟、仪器、预言机等），并由知识渊博的工程人员参与。

2.2 验证（Verification）

验证主要集中在检测编程和抽象错误。编程故障分为计算逻辑错误和数据错误两个子类。团队通常在计算机的底层进行白盒或结构验证，包括汇编语言和二进制文件。通过自动化工具和计算机探针，可以监控单个指令、逻辑/数据流、配置管理、建模，并将结果与预定和计算的成功标准进行比较。验证主要由软件工程师或计算机科学家进行，其他团队成员提供一定的协助。

2.3 验证案例：智能物联网车辆控制

在一个智能物联网车辆控制软件的IV&V项目中，软件具有实时性、车辆控制、最少人工干预和数值密集计算等特点。IV&V团队由电子、系统控制、导航、系统工程、数学、物理、硬件、软件工程和管理等领域的工程师组成，并且有经验丰富的高级工程师和新员工的混合，新员工有时能带来新的观点。

这些专家专注于创建测试用例和分析，以向利益相关者提供信息并检测故障。通过成功完成所有确定的V&V，测试人员证明了软件程序完成了其使命。这种基于现实世界、系统层面的测试能够对软件进行更高级别的评估，软件在该级别出现的故障会受到用户的高度关注。

2.4 确认（Validation）

确认在多个级别的黑盒或功能测试中进行，包括设计、规范和系统概念级别。这是人力、时间和测试投入最多的环节。来自各个领域的工程师根据软件的生命周期级别定义适当的分析和测试方法。

2.5 N版本测试支持独立测试和IV&V

大型物联网系统的IV&V方法可以与多版本（N版本）测试方法进行比较。该团队使用与软件开发团队分开生成的系统模拟和部分实现进行V&V。虽然N版本编程在提高可靠性方面受到批评，但实际应用中，N版本测试方法在软件的各个成熟阶段都发现了问题，具体包括：
- 编译器生成的逻辑问题 ：编译器在生成代码时可能引入的逻辑错误。
- 需求规格和代码方程之间的差异 ：代码实现与需求规格不一致的问题。

2.6 成功的验证团队案例

一个团队使用大量的计算机模拟模型作为预言机，每个模拟或模型专门针对系统高级别的一种错误类型（演绎或抽象）。通过对硬件/软件和工具进行多次运行，并对结果进行比较和交叉检查，这些交叉检查作为良好的预言机，构成了基于多版本的测试方法。此外，由于专家工程师从设计或概念的角度了解软件应该实现的功能，他们可以通过详细检查和审查分析结果来检测与遗漏或抽象不当的需求相关的故障。

该项目持续了多年，发现并纠正了4000多个问题。独立分析发现，该IV&V项目中的八个问题为系统的利益相关者节省了资金，其中至少两个问题如果不解决，可能导致整个系统的损失。

综上所述，在物联网测试中，合理选择和使用各类工具，结合自动化测试和独立验证与确认方法，能够有效提高物联网系统的质量和可靠性。同时，测试人员需要不断学习和适应新技术，以应对不断变化的物联网测试需求。

IoT测试工具与独立验证和确认的全面解析

3. 工具选择与应用策略

在物联网测试中，合理选择和使用工具至关重要。以下是一些关于工具选择和应用的策略：

3.1 工具贸易研究与搜索

物联网项目团队应进行工具贸易研究和搜索，以找到适合项目背景的最佳工具。随着供应商对嵌入式、移动和物联网测试的支持不断增加，经典的测试执行自动化可以解决物联网中的一些问题，如设备配置测试和捕获/回放。

3.2 自动化与手动测试的结合

使用工具和自动化并不意味着所有测试都应自动化。进步的团队会将自动化测试和手动测试相结合，主要是引导式探索性测试，结合游览和攻击模式。这种互补的方法可以更好地指导测试工作。

测试类型	优点	适用场景
自动化测试	资源利用优化、避免人为错误、快速执行测试等	重复性高、数据量大的测试场景
手动测试	灵活性高、能发现一些自动化测试难以发现的问题	探索性测试、用户体验测试等

3.3 工具定制与项目适配

物联网系统的工具定制范围广泛，基于每个物联网项目的特点进行定制。不同的项目可能需要不同的工具组合和配置，以满足特定的测试需求。

4. 总结与展望

物联网测试是一个复杂且不断发展的领域，需要综合运用各种工具和方法。以下是对整个物联网测试的总结和对未来的展望：

4.1 总结

近年来，供应商对嵌入式、移动和物联网测试的支持不断增加。测试团队应充分利用各种工具和自动化技术，但也要注意自动化并非万能，手动测试仍然具有重要作用。在物联网系统测试中，需要同时考虑硬件和软件，采用多种测试方法和工具，以确保系统的质量和可靠性。

4.2 展望

随着物联网技术的不断发展，测试领域也将面临新的挑战和机遇。人工智能、机器学习等技术将在物联网测试中发挥更重要的作用。未来，测试人员需要不断学习和掌握新的技术和方法，以适应不断变化的测试需求。同时，行业也需要进一步加强标准化和规范化，提高物联网测试的整体水平。

graph LR
    A[物联网测试] --> B[工具选择]
    A --> C[测试方法]
    B --> B1[质量评估工具]
    B --> B2[安全工具]
    B --> B3[硬件支持工具]
    C --> C1[自动化测试]
    C --> C2[手动测试]
    C1 --> C11[白盒测试]
    C1 --> C12[黑盒测试]
    C2 --> C21[引导式探索性测试]

总之，物联网测试是一个充满挑战和机遇的领域。通过合理选择和使用工具，结合自动化和手动测试方法，以及独立验证和确认技术，可以有效提高物联网系统的质量和可靠性。测试人员需要不断学习和创新，以应对未来物联网测试的各种挑战。